11. WYŁĄCZNIKI NISKIEGO NAPIĘCIA

11. WYŁĄCZNIKI NISKIEGO NAPIĘCIA
11.1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, podstawowymi parametrami oraz
właściwościami i przeznaczeniem wyłączników niskiego napięcia. W zakres
ćwiczenia wchodzi:
• zapoznanie się z budową różnych rodzajów wyłączników,
• pomiar charakterystyk wyzwalaczy wybranych rodzajów wyłączników.
11.2. Wiadomości podstawowe
11.2.1. Informacje wstępne
Wyłączniki niskiego napięcia należą do grupy łączników samoczynnych i są
przeznaczone do zasilania i zabezpieczania instalacji niskiego napięcia od skutków
przetężeń, a także, jeśli są wyposażone w wyzwalacze podnapięciowe, również od
zaniku napięcia zasilającego. Ze względu na zakres parametrów, możliwości nastaw
charakterystyk wyzwalaczy i przeznaczenie wyłączniki niskiego napięcia dzieli się na
kilka podstawowych grup [11.1]:
• wyłączniki instalacyjne, przeznaczone głównie do stosowania w obwodach
odbiorczych instalacji w budynkach,
• wyłączniki silnikowe, przeznaczone do stosowania w obwodach z silnikami
elektrycznymi,
• wyłączniki przemysłowe (nazywane także zwarciowymi, stacyjnymi),
produkowane w bardzo szerokim zakresie prądów znamionowych
i przeznaczone zasadniczo do wyposażenia rozdzielnic zasilających zarówno
grupy odbiorów jak i obwody pojedynczych odbiorników o znacznych mocach
znamionowych w instalacjach przemysłowych oraz w rozdzielniach energetyki
zawodowej.
Ponadto wyróżnia się dwie inne konstrukcje wyłączników, które nie są przedmiotem
badań w omawianym ćwiczeniu:
• wyłączniki ograniczające, które należą również do grupy wyłączników
przemysłowych i cechują się znacznymi wartościami prądów wyłączalnych,
• wyłączniki różnicowoprądowe, przeznaczone do ochrony przeciwporażeniowej
i przeciwpożarowej w instalacjach elektrycznych.
Zasadnicze elementy składowe wyłącznika niskiego napięcia przedstawiono na
rysunku 1.1, przy czym niektóre rodzaje wyłączników nie posiadają wszystkich
wymienionych elementów, bądź mogą być w nie wyposażone opcjonalnie.
U
KG
Zdalne wyłączenie
wyłącznika
U< U>
U
M
S
Z
1
R
3
4
I>
2
Rys. 11.1. Szkic przedstawiający zasadnicze elementy konstrukcyjne wyłącznika niskiego napięcia;
S –układ styków głównych, KG – komora gaszeniowa, Z – zamek, R – napęd ręczny, M. – napęd
samoczynny, 3 – wyzwalacz przeciążeniowy, 4 – wyzwalacz zwarciowy, U< - wyzwalacz
podnapięciowy, U> - wyzwalacz napięciowy, U – napięcie zasilające wyzwalacze.
Każdy wyłącznik niskiego napięcia wyposażony jest w napęd ręczny R, służący do
załączania układu stykowego S aparatu i równoczesnego naciągnięcia mechanizmu
zamka Z (rys. 11.1). W zależności od ilości energii niezbędnej do wykonania tych
czynności i od zastosowanego rozwiązania konstrukcyjnego rozróżnia się dwa rodzaje
napędu ręcznego:
•
•
napęd bezpośredni, uruchamiany jednym ruchem ręki przez osobę obsługującą,
napęd pośredni (zasobnikowy), stosowany w wyłącznikach cięższych
konstrukcji, gdzie przed załączeniem wyłącznika należy zazbroić napęd,
zwykle wielokrotnym ruchem dźwigni zazbrojenia, po czym załącza się
wyłącznik.
Napęd samoczynny M (rys. 11.1), zwykle silnikowy, rzadziej elektromagnetyczny,
stanowi wyposażenie jedynie niektórych typów wyłączników, przeważnie
wyłączników należących do grupy wyłączników przemysłowych.
Zamek Z (rys. 11.1) to mechanizm utrzymujący styki w stanie załączonym, który
jest w każdej chwili gotowy do ich otwarcia, po zwolnieniu określonej blokady
mechanicznej (zapadki) zamka. Blokada ta może być zwolniona wskutek zadziałania
dowolnego z wyzwalaczy bądź ręcznie przez osobę obsługującą wyłącznik. Każde
wyłączenie wyłącznika następuje wskutek zadziałania mechanizmu zamka.
Wyzwalacz przeciążeniowy (3, rys. 11.1) służy do identyfikacji prądów
przeciążeniowych i wyłączenia wyłącznika, jeśli przeciążenie przekroczy wartość
nastawioną na charakterystyce wyzwalacza. Podstawową charakterystyką wyzwalacza
przeciążeniowego jest charakterystyka czasowo-prądowa. (rys. 11.2). Rozróżnia się
dwie konstrukcje wyzwalaczy przeciążeniowych:
• termobimetalowe, w których przepływający przez wyłącznik prąd nagrzewa
element termobometalowy, powodując jego odkształcenie i zadziałanie
wyzwalacza (charakterystyka z rys. 11.2a),
• elektroniczne, w których charakterystykę realizuje się przy pomocy
specjalnego układu elektronicznego (charakterystyka z rys. 11.2b).
a)
t
tp
b) t
tp
1
1
zakres regulacji
prądu nastawienia I nn
zakres regulacji
prądu nastawienia I nn
3
2
Inw
Inn min
Inn
Int It
Inw
Inn min
I
Inn
Int It
I
Rys. 11.2. Charakterystyki czasowo-prądowe wyzwalaczy przeciążeniowych: a) – wyzwalacz
termobimetalowy, b) – wyzwalacz elektroniczny; tp – umowny czas próby, Inn – prąd nastawienia
wyzwalacza, Int – umowny prąd niezadziałania, It – umowny prąd zadziałania, Inn min minimalna wartość
prądu nastawienia, Inw – prąd znamionowy wyzwalacza; strzałki ilustrują możliwości regulacji
charakterystyk, przy czym strzałki 1 i 2, to powszechnie spotykane możliwości regulacji, strzałka 3 (obrót
ramienia charakterystyki wyzwalacza elektronicznego), to rzadko spotykany rodzaj regulacji.
Na charakterystyce czasowo-prądowej wyzwalacza przeciążeniowego wyróżnia się
kilka niżej wymienionych typowych wielkości:
•
Umowny czas próby tp - największa wartość czasu, dla którego producent
określa charakterystykę prądowo-czasową. Standardowe wartości umownych
czasów próby podane w normach [11.2, 11.3 i 11.4] wynoszą: 1 h dla
wyłączników o prądach znamionowych In ≤ 63 A, oraz 2 h dla wyłączników
o prądach znamionowych In > 63 A
•
Umowny prąd niezadziałania Int to największa wartość prądu, przy którym
wyzwalacz nie zadziała przed upływem czasu próby tp.
•
Umowny prąd zadziałania It to najmniejsza wartość prądu, który spowoduje
zadziałanie wyzwalacza przed upływem czasu próby tp.
Istnieją dwie standardowe pary prądów niezadziałania i zadziałania:
Int = 1,05 Inn oraz It = 1,3 Inn,
(11.1)
dla wyłączników o regulowanej wartości prądu nastawy wyzwalacza Inn, określone
w normie [11.3], oraz
Int = 1,13 Inn oraz It = 1,45 Inn,
(11.2)
dla wyłączników o nieregulowanej wartości prądu nastawy wyzwalacza Inn, w tzw.
wyzwalaczach modułowych, określone w normie [11.4].
Prąd nastawienia Inn można zmieniać w wyzwalaczach przeciążeniowych
o regulowanej charakterystyce od minimalnego prądu nastawienia Inn min do prądu
znamionowego wyzwalacza Inw (rys. 11.2):
Inn min ≤ Inn ≤ Inw
(11.3)
W wyzwalaczach o charakterystyce nieregulowanej (wyzwalacze przeciążeniowe
modułowe), prąd nastawienia jest równy prądowi znamionowemu wyzwalacza:
Inn min = Inn = Inw
(11.4)
Wyzwalacz zwarciowy (4, rys.11.1) służy do identyfikacji prądów zwarciowych
przepływających przez wyłącznik i do wyłączenia wyłącznika, jeśli prądy te
przekroczą wartości nastawione na charakterystyce czasowo-prądowej. Istnieją dwa
rozwiązania wyzwalaczy zwarciowych:
• elektromagnetyczne, w których elementem reagującym na wartość prądu jest
zwora elektromagnesu, przez którego uzwojenie przepływa prąd danego
bieguna wyłącznika (charakterystyka z rys. 11.3a),
• elektroniczne, realizujące charakterystykę prądowo-czasową przy pomocy
układu elektronicznego specjalnej konstrukcji, zasilanego zwykle z obwodu
wtórnego przekładnika prądowego włączonego do danego bieguna wyłącznika
(charakterystyka z rys. 11.3b).
Wyzwalacze zwarciowe elektromagnetyczne posiadają dwa zasadnicze parametry
(rys. 11.3a):
• prąd nastawienia Inz, będący wartością progową, poniżej której wyzwalacz nie
działa i po przekroczeniu której następuje jego zadziałanie,
• czas zadziałania wyzwalacza, który jest równy czasowi własnemu tw dla
wyzwalaczy bezzwłocznych bądź nastawianemu czasowi zwłoki t2
w wyzwalaczach działających ze zwłoką czasową..
Wyzwalacze elektroniczne są budowane zwykle jako dwustopniowe (rys. 11.3b), tj.
posiadają człon zwarciowy krótkozwłoczny (nastawienie Inz1 i t2) oraz człon
zwarciowy bezzwłoczny (nastawienie Inz2, działający z nienastawialnym czasem
własnym tw).
Charakterystyka wyzwalacza jest charakterystyką pasmową, czyli posiada pewien
rozrzut w stosunku do wartości nastawianych. Rozrzut wartości prądu wokół Inz
wynosi dla wyzwalaczy elektromagnetycznych ∆Inz = ±20% [11.3], a dla wyzwalaczy
elektronicznych nie przekracza ∆Inz1, ∆Inz2 = ±15%. Czas własny wyzwalacza (tw, rys.
11.3), który w praktyce rozumiany jest jako czas upływający od chwili identyfikacji
prądu zwarciowego do chwili rozejścia się styków wyłącznika, zawiera się zwykle
w zakresie (0,01÷0,05) s. Przeciętne czasy nastawień zwłoki czasowej (t2, rys. 11.3)
mieszczą się w przedziale (0,1÷0,5) s.
Wyzwalacz podnapięciowy U< (rys. 11.1), nazywany także zanikowym, jest
przeznaczony do samoczynnego wyłączenia wyłącznika w przypadku zaniku napięcia
zasilającego, bądź do uniemożliwienia załączenia wyłącznika w przypadku braku tego
napięcia.
Zgodnie z zaleceniami normy [11.2] wyzwalacz podnapięciowy powinien
powodować otwarcie wyłącznika, nawet przy powolnym obniżaniu napięcia,
w zakresie między 70% a 35% jego napięcia znamionowego.
Wyzwalacz ten powinien ponadto zapobiegać zamknięciu wyłącznika, gdy
napięcie zasilania jest niższe niż 35% napięcia znamionowego wyzwalacza oraz
powinien umożliwić zamknięcie wyłącznika przy napięciu równym co najmniej 85%
jego napięcia znamionowego. Górna granica napięcia zasilania wyzwalacza powinna
wynosić 110% jego wartości znamionowej.
Wyzwalacz napięciowy U> (rys. 11.1), nazywany również nadmiarowym bądź
wybijakowym, jest przeznaczony do celowego, zdalnego wyłączenia wyłącznika.
Wyzwalacz ten powinien powodować otwarcie wyłącznika, gdy napięcie podawane na
wyzwalacz i mierzone w czasie wyzwalania zawiera się między 70% a 100%
znamionowego napięcia zasilania obwodów sterowniczych wyłącznika [11.2].
wyzw. bezzwłoczny
a) t
b) t
wyzw. zwłoczny
∆Inz
Inz
∆t
∆t
tw
∆t
tw
t2
∆t
t2
Iw
I
∆Inz1
Inz1
∆Inz2
Inz2
Iw
I
Rys. 11.3. Charakterystyka czasowo-prądowa wyzwalacza zwarciowego elektromagnetycznego (a)
i elektronicznego (b); Inz – prąd nastawienia wyzwalacza elektromagnetycznego, Inz1, Inz2 prądy
nastawienia odpowiednio członu krótkozwłocznego i członu bezzwłocznego wyzwalacza
elektronicznego, tw – czas własny wyzwalacza, t2 – czas zwłoki, ∆Inz, ∆Inz2, ∆Inz2 - rozrzut wartości
nastawionego prądu, ∆t rozrzut wartości czasu, Iw – prąd wyłączalny wyłącznika; strzałki ilustrują
możliwości zmian nastawień charakterystyk.
11.2.2. Wyłączniki instalacyjne
Wyłączniki instalacyjne są przeznaczone do zasilania i zabezpieczania obwodów
w instalacjach odbiorczych w budynkach. Są konstruowane jako 1, 2, 3 i 4-ro
biegunowe. Powszechnie stosowany zakres ich prądów znamionowych to (6 ÷ 32) A,
choć produkowane są również wyłączniki instalacyjne o prądach znamionowych
spoza tego przedziału: na wyższe prądy do 125 A, oraz wyłączniki na bardzo niskie
prądy rzędu (0,5 ÷ 2) A. Wyłącznik instalacyjny jest przedstawicielem wyłącznika
o tzw. budowie modułowej, czyli wyposażonego w wyzwalacze przetężeniowe
o charakterystykach nienastawialnych. Ustawione fabrycznie charakterystyki tych
wyzwalaczy odnoszą się do prądu znamionowego wyłącznika w następujący sposób:
•
charakterystyka wyzwalacza przeciążeniowego zgodnie z zależnością (11.2),
przy czym spełniona jest również zależność (11.4), w której prąd znamionowy
wyzwalacza Inw jest równy prądowi znamionowemu wyłącznika In,
•
prąd nastawienia wyzwalacza zwarciowego zawiera się w jednym z trzech
zakresów, oznaczanych literami B, C i D wg zaleceń normy [11.4]:
a) B – od 3 do 5-cio krotnej wartości Inw = In,
b) C – od 5 do 10-cio krotnej wartości Inw = In,
c) D – od 10 do 50-cio krotnej wartości Inw = In, (w praktyce zakres D mieści
się najczęściej od 10 do 20-sto krotnej wartości Inw = In, gdzie In – prąd
znamionowy wyłącznika).
Graficzną ilustrację charakterystyk B, C i D wyzwalacza zwarciowego oraz
charakterystyki wyzwalacza przeciążeniowego wyłączników instalacyjnych
przedstawiono na rys. 11.4. Najczęściej spotykana wartość prądu wyłączalnego
wyłączników instalacyjnych wynosi 10 kA. Wyłączniki instalacyjne nie posiadają
wyzwalaczy podnapięciowych i napięciowych oraz napędu samoczynnego.
t
tp
B
1,45
1,13
1
3
C
5
D
10
20
Iw I/Inw
Rys. 11.4. Ilustracja wzajemnego położenia charakterystyk B, C i D wyzwalaczy zwarciowych oraz
charakterystyki wyzwalacza przeciążeniowego wyłączników instalacyjnych.
11.2.3. Wyłączniki silnikowe
Wyłączniki silnikowe służą do zasilania i zabezpieczenia przetężeniowego
obwodów silników elektrycznych. Są to przeważnie wyłączniki trójbiegunowe,
budowane na prądy znamionowe w zakresie od 6 A do 125 A. Posiadają zwykle
jedynie napęd ręczny, choć wśród wyłączników na prądy znamionowe powyżej 40 A
spotykane są także konstrukcje wyposażane w napęd samoczynny silnikowy.
Wyłączniki silnikowe wyposażone są w wyzwalacz przeciążeniowy
elektromagnetyczny o charakterystyce opisanej zależnością (11.1), (rys. 11.2a),
z możliwością nastawiania opisaną zależnością (11.3). Wyzwalacz zwarciowy to
zwykle wyzwalacz nieregulowany o fabrycznie ustawionym prądzie zadziałania,
przeważnie w zakresie (10 ÷ 20) x In [11.3], gdzie In – prąd znamionowy wyłącznika.
Wyłączniki silnikowe zwykle nie są wyposażane ani w wyzwalacze podnapięciowe
ani napięciowe, chociaż niektóre konstrukcje na wyższe wartości prądów
znamionowych mogą takie wyzwalacze posiadać.
11.2.4. Wyłączniki przemysłowe.
Wyłączniki przemysłowe to wyłączniki o największych wartościach prądów
znamionowych, przeznaczone do zasilania i zabezpieczania zarówno grup
odbiorników oraz jak i pojedynczych odbiorników o znacznych mocach
znamionowych. Stanowią one wyposażenie rozdzielnic przemysłowych oraz
niektórych rozdzielni energetyki zawodowej. Wyróżnia się dwie zasadnicze
konstrukcje wyłączników przemysłowych:
• wyłączniki o budowie zwartej (typu „compact”), o prądach znamionowych w
zakresie od 40 do ok. 1200 A, i prądach wyłączalnych w zakresie od ok. 15 kA
do ok. 40 kA,
• wyłączniki o budowie otwartej (typu „masterpact”) o najwyższych wartościach
prądów znamionowych w zakresie od 1000 A do 6300 A i prądach
wyłączalnych od ok. 50 kA do ok. 100 kA.
Wyłączniki przemysłowe to aparaty wyposażone zwykle we wszystkie wyzwalacze
przedstawione na rys. 11.1, a napęd samoczynny stanowi opcjonalne bądź
standardowe wyposażenie większości z nich. Przeważająca część współcześnie
produkowanych wyłączników przemysłowych, zwłaszcza wyłączników o budowie
otwartej, posiada wyzwalacze elektroniczne. Istnieją konstrukcje, które mogą być
wyposażone opcjonalnie bądź w wyzwalacze elektroniczne bądź tradycyjne, tj.
termobimetalowe i elektromagnetyczne. Charakterystyki prądowo-czasowe
realizowane przez wyzwalacze przetężeniowe wyłączników przemysłowych posiadają
zwykle duże możliwości zmian nastawień, jak to zilustrowano na rys. 11.2 i 11.3,
zależnie od tego czy są to wyzwalacze o budowie tradycyjnej czy wyzwalacze
elektroniczne, przy czym wyzwalacze przeciążeniowe realizują charakterystykę
według zależności (11.1) [11.2], z możliwością nastaw według (11.3).
11.3. Niezbędne przygotowanie studenta
Studentów obowiązuje znajomość materiału dotyczącego wyłączników niskiego
napięcia zawarta w podręczniku [11.1], rozdział 3.
11.4. Opis stanowiska laboratoryjnego
Stanowisko laboratoryjne umożliwia badanie:
• charakterystyk czasowo-prądowych wyzwalaczy przetężeniowych,
• działania wyzwalacza podnapięciowego,
• działania wyzwalacza napięciowego.
Badanie charakterystyk czasowo-prądowych wyzwalaczy przetężeniowych odbywa
się na stanowisku wyposażonym w dwa transformatory wielkoprądowe TW1 i TW2
(rys. 11.5), z których pierwszy zasila obwód probierczy o zakresie prądowym do 200
A, drugi natomiast do 2000 A. W układzie rozróżniono te dwa zakresy prądowe, gdyż
przewody łączące w pierwszym obwodzie mają na tyle mały przekrój, że mogą być
w prosty sposób przełączane podczas trwania ćwiczenia, natomiast obwód na prądy do
2000 A wymaga połączenia na stałe przewodami o stosunkowo dużym przekroju. Na
rys. 11.5 przedstawiono tylko jeden przykładowy, badany wyłącznik W, podłączony w
obwodzie transformatora TW2. Zakres prądu probierczego (0-200 A, bądź 0-2000 A)
dobiera się w zależności od wartości prądu znamionowego wyłącznika, przy czym
obwody wyzwalaczy przetężeniowych niektórych wyłączników przyłączone są na
stanowisku na stałe. Tak jest w przypadku wyłącznika typu DS i wyłącznika typu
NZM. Obwody wyzwalaczy przetężeniowych pozostałych wyłączników o mniejszych
prądach znamionowych (instalacyjne, silnikowe, niewielkie wyłączniki przemysłowe)
są łączone w trakcie wykonywania ćwiczenia w obwodzie transformatora TW1
w identyczny sposób jak wyłącznik W na rys. 11.5. Łączenia tego dokonuje się do
odpowiednio oznaczonych zacisków na pulpicie stanowiska. Przełączenie zasilania
obwodu probierczego z transformatora TW1 bądź TW2 dokonywane jest łącznikiem Ł
umieszczonym na pulpicie stanowiska. Stanowisko umożliwia również wstępne
ustawienie prądu pomiarowego (łącznik Ł1, rys. 11.5) przed wykonaniem każdej
próby prądowej. Prąd pomiarowy należy ustawiać przy wyłączonym obwodzie
badanego wyzwalacza (otwarty łącznik ŁP, rys. 11.5).
A1
TW1
D
L
N
Zakres 0-200 A
Ł1
Ł
Wstępna nastawa
prądu probierczego
A2
TW2
1
ŁP
3
5
W
Zakres 0-2000 A
I>
2
I>
4
I>
6
Układ
sterowania
zegarem
Rys. 11.5. Schemat układu do badania charakterystyk czasowo-prądowych wyzwalaczy przetężeniowych
wyłącznika; W – badany wyłącznik, TW1, TW2 – transformatory wielkoprądowe odpowiednio na zakres
0-200 A i 0-2000 A, Ł – łącznik służący do załączenia wybranego transformatora wielkoprądowego TW1
albo TW2, A1, A2 – amperomierze do pomiaru prądu probierczego zasilone odpowiednio
z przekładników transformatorów TW1 i TW2, D – dławik do regulacji prądu probierczego, Ł1 – łącznik
załączania wstępnej nastawy prądu probierczego, ŁP – łącznik załączający obwód prądu probierczego;
zaciski 3-4 badanego wyłącznika podłączane są do odpowiednio oznaczonych zacisków układu
sterowania umieszczonych na pulpicie stanowiska, zaciski 5-6 przyłączane są do odpowiednio
oznaczonych zacisków sterowania zegarem na pulpicie.
Badanie wyzwalaczy elektronicznych można przeprowadzać zasilając je prądem
symulującym prąd wtórny przekładnika prądowego wyłącznika, o przekładni
υi =
In
,
I n2
(11.5)
gdzie In - prąd znamionowy wyłącznika i jego przekładnika prądowego, In2 – prąd
znamionowy strony wtórnej przekładnika, zwykle In2 = 5 A.
W ten sposób zrealizowano na stanowisku laboratoryjnym układ do badania
wyzwalacza elektronicznego o firmowej nazwie „amptector”, stanowiącego
wyposażenie wyłączników typu DS (rys. 11.6). Prąd wtórny przekładników In2 (11.5)
zasilających wyzwalacz jest w tym przypadku równy 5A, czyli prąd probierczy równy
5A jest odczytywany przez wyzwalacz jako prąd znamionowy wyłącznika In, co na
charakterystyce prądowo-czasowej (rys. 11.7) odpowiada względnej wartości prądu
równej 1. Krotność prądu 5A, odpowiada więc krotności prądu znamionowego
wyłącznika, przykładowo prąd probierczy równy 40 A odpowiada względnej wartości
prądu 40A : 5A = 8 (rys. 11.7). Wyzwalacz wyłącznika typu DS jest badany
w obwodzie transformatora TW1 (zakres do 200 A).
Napęd ręczny
A1
Wyłącznik typu DS
Ł2
Ł3
TW1
Zamek
Napęd
silnikowy
Przekaźnik
sygnalizacji
wyłączenia
Wyzwalacz
elektroniczny
AMPTECTOR
Rys. 11.6. Schemat fragmentu układu do badania wyzwalacza elektronicznego „amptector” wyłącznika
typu DS.; Ł2 – łącznik do załączania prądu probierczego, Ł3 – łącznik załączający samoczynne
zazbrojenie napędu wyłącznika, pozostałe oznaczenia jak na rys. 11.5; (ze względu na przejrzystość
rysunku nie przedstawiono wszystkich elementów wyłącznika).
Układ do badania wyłączników DS (rys. 11.6) jest wykonany w ten sposób, że
wyzwalacz elektroniczny „amptector” nie powoduje rzeczywistego wyłączenia
wyłącznika, co zaznaczono linią przerywaną łączącą wyzwalacz z zamkiem
(rys. 11.6), lecz powoduje on jedynie zadziałanie przekaźnika modelującego takie
wyłączenie. Przekaźnik ten jest zamontowanym w stole laboratoryjnym oryginalnym
przekaźnikiem wyłącznika, przystosowanym do współpracy z wyzwalaczem
„amptector”. Zadziałanie przekaźnika sygnalizowane jest opadnięciem jego dźwigni.
Aby przygotować obwód do następnej próby, dźwignię przekaźnika należy
ostrożnie unieść do góry tak, aby zatrzymała się w swej pierwotnej pozycji. Opisane
rozwiązanie, w którym zadziałanie wyzwalacza podczas jego prób nie powoduje
każdorazowego wyłączenia wyłącznika, lecz jedynie zadziałanie przekaźnika
modelującego takie wyłączenie, ma na celu przedłużenie żywotności wyłącznika.
(0,5 - 1,25) I/In
(4 - 10) I/I n
5000
[s]
L
2000
1000
500
200
100
50
4 - 36 s
20
10
t
5
S
0,2-0,5 s
2
1
0,5
0,35
0,2
I
czas własny
wyłącznika
0,1
0,05 s
0,05
0,5
1
1,25
2
3
4
5
6 7 8 10 12
20
I/In
Rys. 11.7. Charakterystyka czasowo-prądowa wyzwalacza „amptector” wyłącznika typu DS,
z wyszczególnieniem zakresu nastawień oznaczonego pogrubioną linią ciągłą i przerywaną; In – prąd
znamionowy wyłącznika i strony pierwotnej przekładnika prądowego; krzyżyki oznaczają przykładowy
przebieg charakterystyki o nastawach:
a)
człon przeciążeniowy (długozwłoczny) L: I = 1xIn, t = 10 s,
b)
człon zwarciowy krótkozwłoczny S: I = 5xIn, t = 0,35 s,
c)
człon zwarciowy bezzwłoczny (szybki) I: I = 8xIn,.
Trwałość mechaniczna wyłączników przemysłowych o budowie otwartej, których
przedstawicielem jest wyłącznik typu DS., jest stosunkowo niewielka, zwykle od
kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy cykli przestawieniowych. Intensywne załączanie
i wyłączanie podczas ćwiczeń laboratoryjnych oznaczałoby stosunkowo krótki czas
sprawności wyłącznika.
Badanie wyzwalaczy podnapięciowych i napięciowych dotyczy jedynie
wyłączników, które są wyposażone w takie wyzwalacze. Zaciski wyzwalaczy
podnapięciowych i napięciowych są wyprowadzone na pulpit stanowiska
i odpowiednio oznaczone. Badanie przeprowadza się zasilając wyzwalacz
odpowiednio w układzie przedstawionym na rys. 11.8a lub 11.8b.
a)
Zamek
wyłącznika
L
ATr
N
V
U<
b)
P
Zamek
wyłącznika
L
ATr
V
U>
N
Rys. 11.8. Schemat układu do badania wyzwalacza podnapięciowego U< (a) i wyzwalacza napięciowego
U> (b); ATr – autotransformator.
11.5. Program ćwiczenia
W trakcie ćwiczenia należy zapoznać się z budową wyłączników niskiego napięcia
dokonując oględzin eksponatów starszych wyłączników i plansz umieszczonych przy
stanowisku. Następnie należy przeprowadzić badanie wyzwalaczy wybranych
wyłączników wskazanych przez prowadzącego, zainstalowanych na stanowisku.
Przed badaniem danego wyłącznika należy zapoznać się z jego podstawowymi
danymi znamionowymi, wybrać odpowiedni zakres prądu pomiarowego (TW1, TW2,
rys. 11.5) i zapoznać się ze sposobem przeprowadzenia pomiarów (załączanie
wstępnej nastawy prądu probierczego, wykonanie pomiarów dla wyłączników
podłączonych na stałe, wykonanie pomiarów dla wyłączników przyłączanych
w trakcie wykonywania ćwiczenia, przeliczanie przekładni prądowej itp.).
Badanie wyłącznika obejmuje:
a) pomiar charakterystyki czasowo-prądowej,
b) badanie wyzwalacza podnapięciowego (o ile badany wyłącznik jest w taki
wyzwalacz wyposażony),
c) badanie wyzwalacza napięciowego (o ile badany wyłącznik jest w taki
wyzwalacz wyposażony).
Pomiar charakterystyki czasowo-prądowej przeprowadza się nastawiając odpowiednią
wartość prądu pomiarowego dławikiem D (rys. 11.5) przy załączonej wstępnej
nastawie (łącznik Ł1, rys. 11.5). Następnie wyłącza się wstępną nastawę i załącza się
badany wyzwalacz w obwód prądu probierczego (łącznik ŁP), mierząc czas
przepływu prądu i oczekując na moment zadziałania wyzwalacza. Z chwilą
zadziałania wyzwalacza obwód prądowy zostaje przerwany i zatrzymuje się zegar
odmierzający czas. Wartość nastawionego prądu i odczytany czas, to jeden punkt na
charakterystyce czasowo-prądowej. Pomiary takie należy powtórzyć dla całego
zakresu charakterystyki, zwracając uwagę na rozróżnienie jej różnych zakresów, czyli
np. zakresu wyzwalacza przeciążeniowego i zwarciowego, bądź zwarciowego
krótkozwłocznego i bezzwłocznego.
Badanie wyzwalacza podnapięciowego przeprowadza się w układzie z rys. 11.8a,
w którym wyzwalacz jest zasilany napięciem regulowanym przy pomocy
autotransformatora ATr. Próbę zadziałania wyzwalacza przeprowadza się na dwa
sposoby:
a) obniżając napięcie zasilające wyzwalacz od wartości znamionowej Un do
wartości, przy której nastąpi zadziałanie wyzwalacza,
b) nastawiając napięcie wyzwalacza na 35% jego napięcia znamionowego Un,
a następnie na 85% Un, dokonując każdorazowo 2-3 krotnej próby załączenia
wyłącznika;
Wynik należy porównać z zaleceniami normy [11.2] opisanymi w punkcie 11.2.1.
Badanie wyzwalacza napięciowego przeprowadza się w układzie pomiarowym z rys.
11.8b, w którym wyzwalacz jest zasilony napięciem regulowanym przy pomocy
autotransformatora ATr. Przy zamkniętym wyłączniku należy nastawić napięcie
zasilające wyzwalacz na 70% jego napięcia znamionowego i dokonać próby
zadziałania wyzwalacza przez zamknięcie obwodu przyciskiem P. Próby te należy
powtórzyć dla kilku wybranych wartości napięcia z zakresu (70% -100%)Un. Wynik
próby należy porównać z zaleceniami normy [11.2] opisanymi w punkcie 11.2.1.
11.6. Opracowanie wyników badań
Należy wykreślić zmierzone w trakcie ćwiczenia charakterystyki czasowo-prądowe
i porównać je z charakterystykami katalogowymi przebadanych wyłączników.
Zmierzone wartości napięć, przy których następuje zadziałanie wyzwalaczy
podnapięciowych i napięciowych należy zestawić w tabeli i porównać z zaleceniami
normy [11.2], podanymi w punkcie 11.2.1. Wyciągnąć wnioski i dokonać
podsumowania przeprowadzonych badań.
11.7. Literatura
[11.1] Markiewicz H.: Instalacje elektryczne, WNT, Warszawa, 2002.
[11.2] PN-EN 60947-1 Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa.
Postanowienia ogólne. PKN, 2001.
[11.3] PN-EN 60947-2 Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa.
Wyłączniki. PKN, 2001.
[11.4] PN-IEC 60898 Wyłączniki do zabezpieczeń nadprądowych instalacji
domowych i podobnych, PKN, 2000.